Origem e Formação dos Solos - UNIP - Inicioengenhariacivilunip.weebly.com/uploads/1/3/9/9/13991958/aula_2... · Pedologia Assim se denomina a ciência que tem porobjetooestudodascamadassuperficiais

Origem e Formação dos SolosOrigem e Formação dos Solos

A origem dos solos.Todos os solos se originam da

decomposição das rochas que constituíaminicialmente a crosta terrestre. Adecomposição é decorrente de agentesfísicos e químicos. Variações de temperaturafísicos e químicos. Variações de temperaturaprovocam trincas, nas quais penetra a água,atacando quimicamente os minerais. Ocongelamento da água nas trincas, entreoutros fatores, exerce elevadas tensões, doque decorre maior fragmentação dos blocos.

A origem dos solos.

A presença da fauna e flora promove oataque químico, através de hidratação,oxidação, lixiviação, troca de cátions,carbonatação, etc.

PedologiaAssim se denomina a ciência que tem

por objeto o estudo das camadas superficiaisda crosta terrestre, em particular a suaformação e classificação.formação e classificação.

Em pedologia, as camadas queconstituem um perfil são denominadashorizontes .

Pedologia

Solos residuais, Sedimentares e de Formação Orgânica

Solos residuais (ou autóctones) – Sãoos que permanecem no local da rocha deorigem, observando-se uma gradualtransição do solo até a rocha.transição do solo até a rocha.

Solos residuais maduro: superficial ousotoposto a um horizonte “ poroso”, e queperdeu toda a estrutura original da rocha-mãe e tornou-se relativamente homogêneo.


Saprolito : solo que mantém a estruturaoriginal da rocha-mater, inclusive veiosintrusivos fissuras e xistosidade, mas perdeuintrusivos fissuras e xistosidade, mas perdeua consistência da rocha, é também chamadode solo residual jovem ou solo de alteraçãode rocha.


Rocha alterada: horizonte em que aalteração progrediu ao longo de fraturas ouzonas de menor resistência, deixandozonas de menor resistência, deixandointactos grandes blocos da rocha original.


Perfil do solo Residual

Aterro

Horiz.A: solo superficial orgânico:Camada constituída de matéria orgânica.Camada constituída de matéria orgânica.

Horiz.B: solo residual maduro:Camada superficial,constituída por mineraissecundários ou transportados.

Horiz.C: solo residual jovem:Camada que ainda guarda caracteríscasherdadas da rocha de origem.

Rocha alterada


É de grande interesse a indicação darocha-mãe, pois ela condiciona, entre outrascoisas, a própria composição física. Soloscoisas, a própria composição física. Solosresiduais de basalto são predominantementeargilosos, gnaisse são siltosos e dos granitosapresentam teores aproximadamente iguaisde areia, silte e argila, etc.


Dentre os solos residuais merecemdestaques os solos lateríticos, os expansivos(como o “massapê” da Bahia) e os porosos(como o “massapê” da Bahia) e os porosos(ex.: solos de Brasília) também conhecidoscomo “solos colapsíveis”.


Solos sedimentares (ou alotóctones) –São os que sofrem a ação de agentestransportadores, podendo ser aluvionarestransportadores, podendo ser aluvionares(quando transportados pela água), eólicos(quando pelo vento), coluvionares (pelaação da gravidade) e glaciares (pelasgeleiras).

Solos residuais, Sedimentares e deFormação Orgânica

Solos de formação orgânica –Sãochamados solos orgânicos àqueles quecontém uma quantidade apreciável dematéria decorrente de decomposição deorigem vegetal ou animal, em vários estágiosorigem vegetal ou animal, em vários estágiosde decomposição. Geralmente argilas ouareias finas, os solos orgânicos são de fácilidentificação, pela cor escura e pelo odorcaracterístico. São problemáticos por seremmuito compressíveis.

Composição Química emineralógica dos solos

Os minerais encontrados nos solos sãoos mesmos das rochas de origem (mineraisprimários), além de outros que se formamprimários), além de outros que se formamna decomposição (minerais secundários).

Quanto a composição química dosprincipais minerais componentes dos solosgrossos são eles:


silicatos – feldespato, mica, quartzo,serpentina, clorita, talco;

óxidos – hematita, magnetita, limonita;óxidos – hematita, magnetita, limonita;

carbonatos – calcita, dolomita;

sulfatos – gesso, anidrita.

*Um mineral é uma substância inorgânica e natural, com composição química

estruturada definidas. O que mais importa para o engenheiro é a densidade e a dureza .


Dureza de um mineral refere-se, porcomparação, ao número indicativo daconhecida escala de Mohs, onde umelemento risca todos os precedentes e ériscado pelos subseqüentes:riscado pelos subseqüentes:1- Talco

2- Gesso riscados pela unha

3 – Calcita

4 – Fluorita riscados pelo aço


5- Apatita

6 – Ortósia

7 – Quartzo7 – Quartzo

8 – Topázio riscam o vidro

9 – Coridon

10 - Diamante


Os feldspatos são silicatos duplos deAl(alumínio) e de um metal alcalino oualcalino-terroso [K(potássio), Na(sódio) ouCa(cálcio)].

Os feldspatos sofrem decomposiçãoOs feldspatos sofrem decomposiçãomais ou menos acentuada pelos agentes danatureza; pela ação da água carregada deCO2 (dióxido de carbono) é característica aalteração em argila branca, denominadacaulim.


feldspato


As micas são, geralmente, ortossilicatosde Al, Mg (magnésio), K, Na ou Li(lítio) emais raramente Mn(manganês) e Cr(mais raramente Mn(manganês) e Cr(cromo). Os principais tipos são a muscovita(mica branca) e a biotita (mica preta).

Nos solos as micas aparecem sob aforma de pequenas escamas brilhantes,conferindo-lhes um brilho característico.


micas


O quartzo é o mais importante dosminerais do grupo dos silicatos. Seus cristaissão facilmente identificadossão facilmente identificadosmacroscopicamente, é um dos mineraismais resistentes ao intemperismo, tal comoa água e a variação de temperatura, por issopassa quase inalterado da rocha aos solos.


quartzo


A hematita (Fe2O3), a magnetita(Fe2O4) e alimonita(Fe2O3. H2O) são os principais mineraisentre os óxidos de ferro.

hematita

magnetita

limonita


No grupo dos carbonatos, os maisimportantes minerais são a calcita (CO3Ca)e a dolomita [(CO3)2CaMg]. A dolomitae a dolomita [(CO3)2CaMg]. A dolomitadifere da calcita pela sua maior dureza.

calcita dolomita

Dentre os sulfatos citam-se o gesso(SO4Ca.2H2O) e a anidrita (SO4Ca).


gesso anidrita.


Minerais Argílicos

As argilas são constituídas depequeníssimos minerais cristalinos,pequeníssimos minerais cristalinos,chamadosminerais argílicos, dentre os quaisdistinguem-se três grupos principais:caolinitas, montmotilonitas e ilitas.


As caolinitas (Al2O3 .2SiO2.H2O) sãoformadas por unidades de silício e alumínio,que se unem alternadamente, conferindo-que se unem alternadamente, conferindo-lhes uma estrutura rígida. Em conseqüência,as argilas caolinítica são relativamenteestáveis em presença de água.


As montmorilonitas [(OH) 4Si8Al4O20H2O]são estruturalmente formadas por umaunidade de alumínio entre duas unidades deunidade de alumínio entre duas unidades desilício. A ligação entre essas unidades, nãosendo suficiente firme para impedir apassagem das moléculas de água, torna asargilas montmoriloníticas muito expansivase, portanto instáveis em presença de água.


As ilitas [(OH)4Ky(Si8-yAly)(Al4Fe4Mg4Mg6)O20] são estruturalmente análogasàs montmorilonitas, sendo porém menosexpansivas.expansivas.


Superfície Específica

Denomina-se superfície específica s deum solo, a soma das superfícies de todas aspartículas contidas na unidade de volumepartículas contidas na unidade de volume(ou peso) do solo.

Imaginando-se uma partícula de formacúbica, com 1cm de aresta, e subvidindo-adecimalmente, em cubos cada vez menores,podemos organizar o quadro a seguir.


Quadro de valores(Caputo, 2000)

Propriedades das Partículas do Solo

Natureza das Partículas

No que diz respeito à natureza daspartículas, vimos que o solo é constituídopor grãos minerais, podendo conter matériapor grãos minerais, podendo conter matériaorgânica. As frações grossas sãopredominantemente de grãos silicosos,enquanto os minerais que ocorrem nasfrações argilosas pertencem aos três gruposprincipais: caolinita, montmorilonita e ilita.


Peso Específico das Partículas

O peso específico das partículas ( ) deum solo é por definição:

gγ

γ

ou seja o peso da substância sólida porunidade de volume.

s

s

V

Pg =

γ

Propriedades das Partículas do SoloDensidade relativa ( )das partículas é a

razão entre o peso da partícula sólida e opeso de igual volume de água pura a 4˚C.Uma vez que , onde é

a

g

γγ

δ =3/1 cmgg =γ

δ

o peso específico da água a 4˚C, tem-se que:aγ

ag δγγ =


Assim, e são expressos pelo mesmonúmero, sendo que é adimensional eksk tem dimensão . A densidade relativa doquartzo é 2,67 e seu peso específico é

δδ

gγ

gγquartzo é 2,67 e seu peso específico é2,67g/cm3.

Propriedades das Partículas do SoloSua determinação é feita pelo clássico método dopicnômetro.

Picnômetro.(Caputo, 2000)


ou onde:

δδaT

ss PPPP −=− 21

12

.

PPP

P

s

aTs

−+= δδ

= peso do picnômetro, solo e água

= peso do picnômetro com água pura

= peso do solo seco

= densidade da água à temperatura T ˚C doensaioaTδ


Forma das partículas

A forma das partículas dos solos temgrande influência sobre suas propriedades.

Distinguem-se principalmente asDistinguem-se principalmente asseguintes formas:

a) Partículas arredondadas ou comforma poliédrica. São as que predominamnos predegulhos, areias e siltes.


b)Partículas lamelares, isto é,semelhantes a lamelas ou escamas. São asque se encontram nas argilas.

c) Partículas fibrilares , característicasc) Partículas fibrilares , característicasdos solos turfosos.


Atividade da Superfície dos SolosFinos

As investigações sobre as propriedadesdas frações muito finas dos solos mostramdas frações muito finas dos solos mostramque a superfície da partícula sólida possuicarga elétrica negativa, cuja a intensidadedepende de suas característicasmineralógicas; as atividades físicas equímicas decorrentes dessa cargaconstituem


a chamada atividade da superfície domineral. Dos três grupos de mineraisargílicos, as caolinitas são as menos ativas eas montmorilonitas as mais ativas.

Segundo Skempton a atividade dos solosSegundo Skempton a atividade dos solos

define-se pela razão entre

o índice de plasticidade e a porcentagem empeso de partículas menores que 0,002mm.

mm

IPA

002,0% <=

Propriedades das Partículas do SoloEm função do seu valor as argilas

classificam-se inativas se A< 0,75, normaisse 0,75 < A < 1,25 e ativas se A > 1,25, sendoas primeiras, freqüentemente, as que seformam nos depósitos em água doce.formam nos depósitos em água doce.


Bentonitas

As bentonitas são as argilas ultra-finas,formadas, em sua maioria, pela alteraçãoquímica de cinzas vulcânicas. Em suaquímica de cinzas vulcânicas. Em suacomposição predomina a montmorilonita, oque explica sua tendência ao inchamento.Graças a esta propriedade,as injeções debentonita são usadas para vedação embarragens e escavações.

Propriedades das Partículas do SoloGranulometria

Segundo as dimensões das suaspartículas e dentro de determinados limitesconvencionais, as “frações constituintes” dossolos recebem designações próprias que sesolos recebem designações próprias que seidentificam com as acepções usuais dostermos. Essas frações, de acordo com aescala granulométrica brasileira (ABNT),são:


pedregulho – conjunto de partículas cujasdimensões(diâmetros equivalentes) estãocompreendidas entre 76 e 4,8mm;

areia, entre 4,8 e 0,05mm,areia, entre 4,8 e 0,05mm,

silte, entre 0,05 e 0,005mm;

argila, inferiores a 0,005 mm.

Propriedades das Partículas do SoloA análise granulométrica, ou seja a

determinação das dimensões das partículasdo solo e das proporções relativas em queelas se encontram, é representada,graficamente, pela curva granulométrica.Esta curva é traçada por pontos em umEsta curva é traçada por pontos em umdiagrama semi-logarítmico, no qual, sobre oeixo das abscissas, são marcados oslogaritmos das dimensões das partículas esobre o eixo das ordenadas as porcentagens,em peso de material que tem dimensãomédia menor que a dimensão considerada.


Propriedades das Partículas do SoloSegundo a forma podemos distinguir os

diferentes tipos de granulometria. Assim,teremos uma granulometria contínua (curvaA) ou descontínua (curva B); uniforme(curva C); bem graduada (curva A), neste(curva C); bem graduada (curva A), nesteúltimo caso um melhor comportamento sobo ponto de vista de engenharia. As partículasmenores ocupam os vazios correspondentesàs maiores, criando um entrosamento , doqual resulta menor compressibilidade emaior resistência), ou mal graduado.


Propriedades das Partículas do SoloTrês parâmetros são utilizados para dar

uma informação sobre a curvagranulométrica:

Diâmetro efetivo (D10): É o pontocaracterístico da curva granulométrica paracaracterístico da curva granulométrica paramedir a finura do solo, que corresponde aoponto de 10%, tal que 10% das partículas dosolo possuem diâmetro inferiores a ele. Comoveremos mais adiante, esse parâmetro forneceuma indicação sobre a permeabilidade dasareias usadas para filtros.


Coeficiente de uniformidade (Cu) é a razãoentre os diâmetros correspondentes a 60% e10%, tomados na curva de granulométrica.

60

d

dCu =

Os solos que apresentam Cu < 5 sãodenominados uniformes; e com Cu > 15desuniformes. Para valores de Cu entre 5 e 15são denominados de medianamente uniformes.

10dCu =


Coeficiente de curvatura (Cc) detectamelhor o formato da curva granulométrica epermite identificar eventuaisdescontinuidades ou concentração muitoelevada de grãos mais grossos no conjunto.elevada de grãos mais grossos no conjunto.

1060

230 )(

xdd

dCc =


�D30 diâmetro correspondente a 30%

�Considera-se que o material é bem graduado �Considera-se que o material é bem graduado quando o Cc está entre 1 e 3 .


Curva granulométrica de areias com diferentes coeficientes de curvatura. (Pinto ,2000)


CC 1,




Propriedades das Partículas do SoloPeneiramento

A distribuição granulométrica da fraçãogrossa do solo (com dimensão das partículasmaior que 0,074 mm - peneira 200) éusualmente determinada pelo peneiramentousualmente determinada pelo peneiramentoou análise das peneiras. O peso do solo secoretido em cada peneira é determinado ebaseado nesses pesos é determinada apercentagem acumulada que passa naspeneiras.

Propriedades das Partículas do SoloToma-se um peso P de uma amostra de

solo seco e submete-se a uma peneiramento;em seguida tomam-se os pesos das porçõesretidas nas diversas peneiras: P1, P2, P3,...Ou expressos em porcentagens do pesoretidas nas diversas peneiras: P1, P2, P3,...Ou expressos em porcentagens do pesototal:(P1/P) x 100, (P2/P) x 100, (P3/P) x 100,...

Somando essas porcentagens têm-se as“porcentagens acumuladas retidas” etomando-se o complemento para 100 têm-se


“as porcentagens acumuladas que passam”.

Assim:

100- (P1/P) x 100 é a porcentagem que100- (P1/P) x 100 é a porcentagem quepassa na primeira peneira; 100 – [(P1/P)+(P2/P)] x 100 é a porcentagem acumuladaque passa na segunda peneira; etc.

Propriedades das Partículas do SoloAs aberturas das malhas das peneiras

normais da A.S.T.M.(American Society for Testing and Materials) são em milímetros indicadas no quadro abaixo:


Para os solos finos, com dimensõesmenores que 0,074mm, não poderíamosutilizar o processo de peneiramento,utilizando-se, então o método desedimentação contínua em meio líquido.sedimentação contínua em meio líquido.

Dentre os diversos métodos de análisepor sedimentação, o mais simples é odesenvolvido por Casagrande.


Ele é baseado na Lei de Stokes(1850), aqual estabeleceu uma relação entre odiâmetro da partículas e sua velocidade desedimentação em um meio líquido deviscosidade e peso específico conhecidos.viscosidade e peso específico conhecidos.

2

1800D

ag

ηγγ

υ−

=

Propriedades das Partículas do SoloOnde:

= coeficiente de viscosidade do meio dispersor(varia com a temperatura);

D = “diâmetro equivalente” da partículas, isto é , odiâmetro de uma esfera de mesmo pesoespecífico e que sedimenta com a mesmavelocidade;

η

específico e que sedimenta com a mesmavelocidade;

= peso específico das partículas do solo;= peso específico do meio dispersor;= velocidade de sedimentação da esfera.

(velocidade de queda numa distância z numtempo t) .

gγaγ

υ


A lei de Stokes nos dá, assim, o diâmetroequivalente da partícula e não o seuverdadeiro valor.

agD

γγηυ

−= 1800

Referências Bibliográficas

PINTO, Carlos de Souza. Curso Básico deMecânica dos Solos, em 16 Aulas. 1 ed. São

Paulo: Oficina de Textos, 2000. 247 p.

CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dosSolos e suas Aplicações. 6 ed. Rio de Janeiro:

Livros Técnicos e Científicos Editora, 2000.234 p.

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